Який виробничий процес кращий - додавання шарів або видалення матеріалу? Додаток та віднімання виготовлення відрізняються суттєвими способами. Розуміння цих відмінностей є ключовим для вибору правильного методу.
У цій публікації ми вивчимо їх переваги, обмеження та реальні програми. Ви дізнаєтесь, як визначитися між цими двома підходами для наступного проекту.
Що таке виробництво добавок?
Виробництво добавок (AM) - це процес, який створює об'єкти шляхом додавання шарів матеріалу за шаром, як правило, на основі 3D -моделі. На відміну від традиційних методів, які видаляють матеріал, AM будує деталі з нуля, що забезпечує складні конструкції та ефективність матеріалу.
Коротка історія виробництва добавок
Концепція АМ датується 1980 -х, коли вперше були введені 3D -технології друку. Ранні інновації були спрямовані на швидке прототипування, забезпечуючи швидші, доступніші способи створення прототипів продуктів. З тих пір AM перетворився на широкий спектр промислових застосувань, включаючи аерокосмічну, автомобільну та медичну галузь.
Як працює виробництво добавок
Виробництво добавок починається з моделі CAD. Модель нарізана в тонкі шари за допомогою програмного забезпечення. Потім машина AM додає матеріал, шар на шар, поки не утвориться кінцевий об'єкт. Матеріали, що використовуються, варіюються від пластмас до металів. Залежно від процесу, він може зажадати після обробки, наприклад, очищення або затвердіння, для завершення деталі.
Загальні методи виготовлення добавок
Кілька методів підпадають під парасольку AM, кожен з яких пропонує унікальні переваги:
3D -друк
3D -друк - це найбільш визнаний метод AM. Він створює предмети, накладаючи такі матеріали, як пластик або метал. Ідеально підходить для спеціальних деталей та прототипів, він широко доступний та економічно вигідний для менших застосувань.
Селективне лазерне спікання (SLS)
SLS використовує лазер для спінтерного порошкоподібного матеріалу, як правило, пластиковий або метал, у тверді частини. Він відомий тим, що створює довговічні, функціональні прототипи зі складними геометріями.
Злизне моделювання осадження (FDM)
FDM працює, екструдуючи термопластичні нитки через нагріту насадку. Він зазвичай використовується для прототипування та виробництва недорогих пластикових деталей.
Стереолітографія (SLA)
SLA використовує ультрафіолетове світло, щоб вилікувати шар рідкої смоли по шару, створюючи високоточні деталі з плавною обробкою. Він підходить для складних дизайнів та тонких деталей.
Прямий металевий лазерний спікання (DMLS)
DMLS створює металеві деталі, спрямовуючи дрібні металеві порошки за допомогою лазера. Ця методика ідеально підходить для виробництва складних, сильних металевих компонентів для таких галузей, як аерокосмічний.
Додаткові методи виготовлення добавок
Окрім загальновідомими методами, доступні кілька інших вдосконалених методик:
Біндер -струменевий : Скріплюючий агент вибірково осідає між шаром порошків, створюючи складні структури.
Направлене осадження енергії (DED) : Ця методика використовує цілеспрямовану теплову енергію для зборів матеріалів під час їх осадження, часто використовується для ремонту або додавання функцій до існуючих деталей.
Екструзія матеріалу : Матеріал вибірково екструдований через насадку для побудови шарів, зазвичай використовується з термопластиками.
Матеріальний струменевий : краплі матеріалу осаджуються шару за шарами для створення точних частин, часто використовуючи фотополімери.
Лист -ламінування : аркуші матеріалу є скріпленим шаром шаром, придатними для металів та композитів.
ПДВ фотополімеризація : Рідка смола вибірково виліковується світлом, утворюючи тверді деталі, із застосуванням як у прототипуванні, так і в виробництві.
Переваги виробництва добавок
Виробництво добавок (AM) пропонує численні переваги в галузях. Ці переваги роблять це зміною ігор у сучасному виробництві.
Знижений матеріал
AM використовує лише матеріал, необхідний для кінцевого продукту. Цей підхід значно зменшує відходи порівняно з традиційними методами.
Складні геометрії та складні конструкції
Am Excels у створенні складних форм. Це може створити деталі, неможливі за допомогою звичайних методик.
Внутрішні канали
Решіткові конструкції
Органічні форми
Швидше прототипування та коротший час
Швидке прототипування стає реальністю з AM. Це дозволяє швидко ітерації та більш швидкі цикли розробки продукту.
| Традиційне прототипування | прототипування |
| Тижні до місяців | Години до днів |
| Кілька кроків | Єдиний процес |
| Високі витрати на інструментарію | Немає інструментів |
Економічно вигідне невелике виробництво партії
Я світить у виробництві невеликих кількостей. Це виключає необхідність дорогих форм або інструментів.
Поліпшена стійкість
Зниження відходів означає покращену стійкість. AM зберігає ресурси та енергію.
Менше споживання сировини
Зменшені потреби в транспорті
Нижнє використання енергії у виробництві
Потенціал для масового налаштування
AM дозволяє пошити продукцію до індивідуальних потреб. Це відкриває нові можливості в різних галузях:
Недоліки виробництва добавок
Хоча виробництво добавок (AM) пропонує багато переваг, воно також має обмеження. Розуміння цих недоліків має вирішальне значення для його ефективного застосування.
Обмежені варіанти матеріалу
AM використовує менше матеріалів, ніж субтрактивні методи. Це обмеження може обмежити його використання в певних галузях.
Загальні матеріали AM:
Термопластики
Деякі метали
Певна кераміка
Повільніше велике обсяг виробництва
AM переважає невеликими партіями, але відстає від масового виробництва. Традиційні методи часто випереджають його для великих обсягів.
| Об'єм виробництва | AM Швидкість | Традиційна швидкість |
| Малий (1-100) | Швидкий | Повільно |
| Середній (100-1000) | Помірний | Швидкий |
| Великий (1000+) | Повільно | Дуже швидко |
Більш масштабні виробничі витрати
Для масового виробництва AM може бути дорожчим. Вартість на одиницю не значно зменшується за обсягом.
Точність нижньої частини та обробка поверхні
Частини AM можуть мати нижчу точність, ніж оброблені. Їх поверхнева обробка часто вимагає вдосконалення.
Тісні проблеми толерантності
Досягнення жорстких допусків важко з AM. Це може бути проблематично для деталей, що потребують точних придатності.
Вимоги після обробки
Більшість частин AM потребують додаткової роботи після друку. Це додає виробничого процесу часу та витрат.
Поширені кроки після обробки:
Що таке віднімання виробництва?
Субтрактивне виробництво (SM) створює предмети, видаляючи матеріал із суцільного блоку. Це традиційний метод, що використовується в різних галузях.
Коротка історія
SM датується давніми часами. Ранні приклади включають різьблення з каменю та деревообробку. Сучасний SM еволюціонував за допомогою промислової революції, що призводить до точних верстатів.
Як це працює
SM починається з більшого шматка матеріалу. Машини або інструменти потім вирізають зайвий матеріал, щоб створити потрібну форму.
Загальні методики
Обробка ЧПУ
Машини комп'ютерного числового управління (ЧПУ) використовують запрограмовані інструкції для видалення матеріалу.
Фрезер: Срізає матеріал за допомогою обертових інструментів
Поворот: формує циліндричні частини, обертаючи заготовку
Буріння: створює отвори в матеріалі
Лазерне різання
Ця методика використовує потужний лазер для вирізання матеріалів. Це точно і працює над різними матеріалами.
Різання водяного струменя
Розрізання Water Jet використовує воду високого тиску, часто змішану з абразивними частинками, для розрізання матеріалів.
Розрізання плазми
Плазмовий різання тане матеріал за допомогою електропровідного газу. Це ефективно для різання металу.
Електрична обробка розряду (EDM)
EDM використовує електричні розряди для видалення матеріалу. Це ідеально підходить для жорстких металів і складних форм.
Додаткові деталі
Процеси обробки
Шліфування: використовує абразивні колеса для тонкої поверхні
Розмотування: збільшується та закінчує отвори
Нудно: збільшує отвори з одноточковими інструментами для різання
Принципи EDM
EDM працює, створюючи контрольовані електричні іскри між електродом та заготовкою.
Параметри лазерного різання
Потужність: визначає глибину різання
Швидкість: впливає на якість скорочення
Фокус: впливає на точність
Параметри різання Water Jet
Тиск: зазвичай 60 000 фунт / кв.дюйм або вище
Абразивна швидкість потоку: впливає на швидкість різання та якість
Діаметр насадки: вплив порізаної ширини та точності
Переваги субтрактивного виробництва
Субтрактивне виробництво (SM) пропонує численні переваги в галузях. Ці переваги роблять його вирішальним методом сучасного виробництва.
Широкий асортимент сумісних матеріалів
SM працює з великою різноманітністю матеріалів:
Метали (сталь, алюміній, титан)
Пластмас (ABS, ПВХ, акрил)
Композити (вуглецеве волокно, склопластик)
Деревина
Скляний
Камінь
Ця універсальність дозволяє SM задовольнити різноманітні виробничі потреби.
Висока точність та точність
SM переважає у створенні високоточних частин. Він досягає тісних допусків, часто до 0,001 дюйма.
| Техніка | Типова толерантність |
| ЧПУ фрезерування | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Лазерне різання | ± 0,003 ' |
Відмінна обробка поверхні
SM виробляє деталі з чудовою якістю поверхні. Це часто усуває необхідність додаткових процесів обробки.
Швидше виробництво великого обсягу
Для виробництва з великим обсягом SM випереджає методи добавок:
Машини з ЧПУ з мультисайзами швидко працюють
Автоматизована зміна інструменту скорочує час простою
Одночасні операції на різних частинах
Економічно ефективне виробництво
SM стає більш економічним у міру збільшення обсягу виробництва. Початкові витрати на налаштування компенсуються швидшими показниками виробництва.
Масштабне створення частини
SM легко обробляє великі компоненти. Це ідеально підходить для галузей, що потребують значних частин:
Аерокосмічна (компоненти літаків)
Автомобільні (блоки двигунів)
Будівництво (структурні елементи)
Недоліки субтрактивного виробництва
У той час як субтрактивне виробництво (SM) пропонує багато переваг, воно також має обмеження. Розуміння цих недоліків є важливим для ефективного застосування.
Більш високі матеріальні відходи
SM видаляє матеріал для створення деталей. Цей процес породжує значні відходи:
До 90% матеріалу в деяких випадках може стати брухтом
Варіанти переробки можуть бути обмежені для певних матеріалів
Збільшення впливу на навколишнє середовище внаслідок утилізації відходів
Обмежене створення комплексної геометрії
SM бореться з хитромудрими конструкціями:
Внутрішні порожнини складно виробляти
Деякі форми можуть вимагати декількох налаштувань або спеціалізованих інструментів
Деякі складні функції можуть бути неможливими для машини
Більш довгі терміни налаштування та більші витрати на інструментарію
SM часто вимагає великої підготовки:
| на аспект | вплив |
| Вибір інструменту | Трудомісткий |
| Машинне програмування | Вимагає досвіду |
| Створення кріплення | Додаткові витрати |
Менша гнучкість дизайну
Модифікація конструкцій у SM може бути дорогою:
Зміни можуть зажадати новому інструменту
Машини для перепрограмування часто необхідні
Існуючі налаштування можуть застаріти
Вищі вимоги до навичок оператора
SM -машини вимагають кваліфікованих операторів:
Розуміння матеріальних властивостей
Знання швидкості різання та швидкості подачі
Здатність інтерпретувати складні технічні малюнки
Витрати на знос та заміну інструментів
Інструменти SM погіршуються з часом:
Необхідна звичайна заміна інструментів
Якісні інструменти можуть бути дорогими
Зношені інструменти можуть вплинути на якість частини
Порівняння добавки проти субтрактивного виготовлення
| аспекту | адитивного виробництва | субтрактивного виробництва |
| Обробка | Будує предмети шляхом додавання шарів матеріалу | Видаляє матеріал з більшої частини, щоб створити предмети |
| Матеріальні відходи | Мінімальні відходи | Високі матеріальні відходи |
| Сумісні матеріали | Обмежена (переважно пластмаса та деякі метали) | Широкий асортимент (метали, пластмаси, дерево, скло, камінь) |
| Складність | Може виробляти дуже складні та хитромудрі геометрії | Краще підходить для відносно простих геометрії |
| Точність | Менш точні (допуски настільки ж тісні, як 0,100 мм) | Точніші (допуски настільки ж тісні, як 0,025 мм) |
| Обсяг виробництва | Підходить для невеликих партій | Ідеально підходить для великих виробничих пробіжок |
| Швидкість | Повільніше для великих обсягів | Швидше для великих обсягів |
| Вартість | Більш економічно для невеликих кількостей | Більш економічно для великих кількостей |
| Гнучкість дизайну | Висока гнучкість для змін дизайну | Менш гнучкі для змін дизайну |
| Поверхнева обробка | Часто вимагає післяобробки | Може виробляти гладкі обробки безпосередньо |
| Майстерність оператора | Вимагає менш кваліфікованих операторів | Вимагає висококваліфікованих операторів |
| Вартість обладнання | Нижча вартість початкового обладнання | Більш висока вартість початкового обладнання |
| Інструментарія | Необхідний мінімальний інструмент | Широкий інструмент часто потрібен |
| Стійкість | Більш стійкий через менші відходи | Менш стійкий через матеріальні відходи |
| Внутрішні особливості | Може легко створити внутрішні функції | Важко створити внутрішні функції |
| Обмеження розміру | Як правило, обмежені меншими деталями | Може виробляти масштабні деталі |
| Післяобробка | Часто вимагає декількох кроків | Більш високий рівень завершення після початкового процесу |
Гібридні виробничі процеси
Гібридне виробництво поєднує в собі виробництво добавок (AM) та віднімання виробництва (SM). Цей підхід використовує сильні сторони обох методів, створюючи потужну синергію у виробництві.
Визначення та переваги
Гібридні процеси інтегрують методи AM та SM:
Переваги включають:
Приклад процесу процесу:
3D надрукувати майже мережеву форму
Обробка ЧПУ для точних розмірів
Польська для верхньої обробки поверхні
Загальні програми
Гібридне виробництво перевершує в різних областях:
| застосування | користь |
| Інструментарія | Складні конструкції з тісними допусками |
| Джиги та світильники | Спеціальні форми з міцними оздобленнями |
| Частини високої толерантності | Складні геометрії з точними ознаками |
Промисловості, що використовують гібридні процеси:
Вибір між добавкою та субтрактивним виробництвом
Вибір правильного методу виготовлення залежить від різних факторів. Кожен процес пропонує чіткі переваги, тому важливо узгодити ваш вибір із вимогами проекту.
Фактори, які слід враховувати при виборі виробничого методу
Матеріальні вимоги
Вибір матеріалу відіграє значну роль. Виробництво добавок (AM), як правило, найкраще працює з пластмасами та деякими металами, тоді як субтрактивне виробництво (SM) може обробляти широкий спектр матеріалів, включаючи метали, пластмаси, деревину та скло. Якщо вам потрібні важкі матеріали або вища міцність, SM часто є кращим варіантом.
Частина складності та дизайн
Для складних конструкцій зі складною геометрією - такими як внутрішні порожнини або артикуляційні суглоби - AM Excels, що дозволяє досягти високої налаштування. SM, хоча точний, може боротися з надзвичайно складними конструкціями. Він краще підходить для більш простих або проміжних геометрія, де необхідні тісні допуски.
Обсяг виробництва та масштабованість
AM ідеально підходить для низьких та середніх обсягів виробництва, таких як швидке прототипування або виробництво малого партії. Для масштабного виробництва SM набагато ефективніший, особливо при виробництві тисяч однакових частин. Зі збільшенням обсягу виробництва економічна ефективність СМ стає зрозумілою.
Час і час до ринку
Проекти, що вимагають короткої вигоди від AM через мінімальну установку та швидкий перехід від дизайну до продукту. Однак для великих виробничих пробіжок SM може запропонувати швидший час виробництва після завершення налаштування, особливо для металевих деталей.
Обмеження бюджету та витрат
AM є більш економічно для невеликих, складних частин, особливо при прототипуванні. Однак SM стає більш економічним для великих деталей або високих обсягів виробництва. Витрати на налаштування та вартість за частину, як правило, зменшуються зі збільшенням обсягу SM.
Цілі стійкості
AM створює менше відходів, що робить його більш стійким варіантом. SM, хоча швидше для великих пробіжок, створює значні матеріальні відходи у вигляді мікросхем або клаптів. Якщо стійкість є ключовим пріоритетом, AM може бути кращим.
Матриця рішення для добавки та субтрактивного виробництва
Наступна матриця рішення забезпечує швидке порівняння факторів, які допоможуть вам вибрати правильний метод:
| Факторне | виробництво добавок (AM) | Виробництво (SM) |
| Матеріальний діапазон | Обмежений (переважно пластмас, деякі метали) | Широкі (метали, пластмас, дерево, скло) |
| Складність частини | Обробляє складні, складні конструкції | Найкраще для більш простих, точних геометрії |
| Обсяг виробництва | Ідеально підходить для невеликої партії, прототипування | Ефективно для масового виробництва |
| Час | Швидше налаштування, швидкий поворот | Повільніше налаштування, швидше для великих пробіжок |
| Вартість | Дорожче для великих частин або металів | Більш економічно вигідні при більш високих обсягах |
| Стійкість | Менше відходів, більш стійких | Значні відходи, менш стійкі |
Використовуйте цю матрицю, щоб узгодити потреби вашого проекту з сильними сторонами кожного виробничого методу.
Застосування реального світу з виробництва добавки та віднімання
Виробництво добавок (AM) та субтрактивне виробництво (SM) відіграють вирішальну роль у різних галузях. Їх заявки продовжують розширюватися та розвиватися.
Аерокосмічна та авіація
AM: Легкі компоненти, складні геометрії
SM: Високоточні деталі двигуна, структурні елементи
Автомобільна промисловість
AM: Швидке прототипування, спеціальні деталі
SM: блоки двигуна, компоненти передачі
Медичний та стоматологічний
AM: Спеціальні імплантати, протеза
SM: Хірургічні інструменти, стоматологічні коронки
Споживчі товари та електроніка
AM: персоналізовані продукти, дрібні предмети
SM: Смартфонні кожухи, компоненти ноутбука
Промислові машини та інструменти
Архітектура та будівництво
AM: масштабні моделі, декоративні елементи
SM: Структурні компоненти, фасадні елементи
Висновок
Кожен з виробництва добавки та віднімання має унікальні сильні та слабкі сторони. AM Excels у складних конструкціях та налаштуваннях. SM пропонує точність та універсальність матеріалу.
Розуміння цих відмінностей має вирішальне значення для прийняття обґрунтованих виробничих рішень. Розглянемо конкретні потреби вашого проекту при виборі методу.
Оцініть такі фактори, як матеріал, складність, обсяг та вартість. Це допоможе вам вибрати найкращий підхід для ваших виробничих цілей.
